李　彦1　屈撑囤1　赵　月2　杜建军2　高嘉喜2
(1.西安石油大学陕西省油气田环境污染控制技术与储层保护重点实验室) (2.延长油田股份有限公司定边采油厂)
    摘要：以胺甲基聚丙烯酰胺作为絮凝剂,对姬塬采油区采出污水进行了絮凝处理,结果表 明:随着胺甲基聚丙烯酰胺投加量和胺甲基含量的增加,水中铁含量、油含量明显降低,透光率明显 增加。当胺甲基聚丙烯酰胺的加量为2mg/L、胺化率为78.8%时,絮体形成快、沉降快,且处理后 水透光率可达98%、残留铁量为0.30mg/L、悬浮物及油含量分别为0.2mg/L、0.308mg/L。
    关键词：絮凝剂　胺甲基聚丙烯酰胺　含油污水
    DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2009.05.025
    阳离子聚丙烯酰胺是一类新型高效的有机高分 子絮凝剂[1,2],因其分子链节上带有阳离子,与废水 中带阴离子的胶体颗粒进行电荷中和作用,降低ζ 电位,压缩扩散层。同时,阳离子型聚丙烯酰胺的长 链产生架桥效应,使胶体絮凝。其它悬浮的颗粒也 被吸附、包卷和捕集,并相互集结形成大的絮体,即 “中和”与“架桥”作用[3]。因此阳离子型聚丙烯酰胺 在污水处理中越来越受到重视。
姬塬采油区地处陕北定边,属干旱缺水地区,油 田渗透率低。在油田开发过程中,为了提高油井产 量和原油采收率,需要大量的水资源进行注水驱油 同时,随着原油的采出,地层水和注入水又会随着原 油一起被采出,在地面进行油水分离后产生大量采 油污水,为节约水资源和降低水的应用成本,必须考 虑采油污水的净化回用问题。针对姬塬采油区采油 污水具有高含油、高机杂、高有机物含量、高矿化度 和组成性质复杂且变化大、处理难度大等特点[4],本 试验探讨了胺甲基聚丙烯酰胺对污水中的悬浮物、 油等去除的作用效果。
    1 实验
    1.1实验仪器与试剂
    主要仪器:电子天平,分光光度计。
    主要试剂:硫酸亚铁铵、邻菲罗啉、盐酸、盐酸羟 胺、乙酸铵、冰醋酸、石油醚、氢氧化钠为分析纯试 剂,胺甲基聚丙烯酰胺为实验室合成样,无机絮凝剂 为工业品。
    1.2实验方法
    1.2.1污水性质测定
    离子含量的测定依据SY/T5523-2000规定 进行,悬浮物、含油量和总铁含量的测定依据SY/T 5329-1994规定进行。
    1.2.2胺甲基聚丙烯酰胺(APAM)的合成
    通过反应条件的控制,利用曼尼兹反应,用甲醛 和二甲胺对聚丙烯酰胺进行改性,合成胺甲基聚丙 烯酰胺。合成方法为:在装有温度计?电动搅拌器 和回流冷凝器的四口烧瓶中加1%聚丙烯酰胺溶 液,加入37%的甲醛溶液,搅拌均匀。温度控制在 55℃~75℃左右,反应1h。再加入33%的二甲胺 溶液(PAM、甲醛、二甲胺的摩尔比为(1.0∶1.1∶ 1.5)~(1.0∶1.1∶2.5)),搅拌下反应2~3h即得 产物,将产物冷却,用酸碱滴定法测其胺化率,取部 分产物在50℃下于真空干燥箱中干燥8h~10h, 得到较硬的胶体产物,即APAM。胺甲基的含量用 胺化率表示[5]:
                  
    式中:n1为加入二甲胺溶液的物质的量,mol; n2为未反应的二甲胺溶液的物质的量,mol;n为加 入的聚丙烯酰胺的物质的量,mol。
    1.2.3APAM絮凝性能的评价
    污水絮凝实验按照SY/T5890-1993标准进 行,以NaOH为pH值调节剂将采油污水pH值控 制在7.5左右,加入xx剂,再加入无机絮凝剂和胺 甲基聚丙烯酰胺絮凝剂进行絮凝试验,沉降半小时, 测其上清液的透光率。
    1.2.4APAM对污水中铁离子含量、油含量的影响 取一定体积的水样,调节pH值在7.5左右,加 入xx剂、无机絮凝剂、胺甲基聚丙烯酰胺后,按 SY/T5329-1994有关规定测铁离子含量、油含 量。
    1.2.5处理后的水与储层产出水的配伍性实验
    在50mL的储层产出水中加入不同体积的处 理后的污水,在40℃下恒温72h后,测其透光率,依 透光率的变化判断配伍性的优劣。
    2 结果与讨论
    2.1污水性质测定结果
    污水取自姬塬联合站,污水温度为40℃。污水 性质见表1。
             
    由表1可以看出,姬塬采油区采出污水具有高 矿化度、高硬度、低pH值、Ca2+含量高的特点,属于CaCl2型水。
           
    姬塬采油区采出污水油含量、悬浮物含量等的 分析结果见表2。
    2.2PAC浓度对处理效果的影响
    当污水pH值调整到7.5时,用PAC为无机絮凝剂进行处理,处理效果见表3。
           
    从表3可以看出,沉降时间为0.5h时,随着 PAC用量的增加,处理后水的透光率逐渐增大;而 当浓度超过30mg/L时,透光率增加幅度减小; PAC浓度相同时,沉降时间由0.5h增加到3h,上 层清液的透光率增加。这主要是PAC浓度的增 加,压缩胶体双电层的能力越强,破胶越彻底,处理 后水的透光率增大。综合透光率、成本以及沉降时 间等因素,确定PAC的用量为30mg/L。
    2.3PAC与APAM复配对处理效果的影响
    2.3.1APAM的加入量对絮凝结果的影响
    将PAC的量确定为30mg/L,加入粘均分子 量为800万的APAM絮凝剂,处理效果见表4。
             
    表4表明,在PAC用量为30mg/L条件下,加 入APAM能够改善絮凝过程、絮体的大小和强度。 这主要是APAM具有吸附能力,能在胶体粒子间 形成“桥联”作用,因此加入后能够提高处理效果。 加量超过2.0mg/L时,处理后水的透光率可达到 98%以上,因此APAM加量控制在2.0mg/L。
    2.3.2胺化率对絮凝结果的影响
    当污水pH值调整到7.5时,PAC的加量为30 mg/L,粘均分子量为800万的APAM加量为2 mg/L,胺化率对处理后水透光率的影响见表5。
            
    由表5可知,透光率随胺化率的增大而增加。 当胺化率由47.8%增加到78.8%时,处理后水的透 光率从79.7%增加到98%。这主要是胺化率的增 加,电荷密度增加,电中和能力增强,相应地吸附在 颗粒表面的APAM的尾式和环式由于电荷密度 高,对另一颗粒负电荷区的吸引力增强,桥连絮凝能 力增强。
    2.4有机絮凝剂与无机絮凝剂加药间隔对处理效果 的影响
    PAC与APAM的加量同2.3.2节所述,PAC 与APAM加药间隔对处理效果的影响见表6。
           
    从表6可知,当时间间隔在10s~30s时,随着 时间间隔的增大,絮体大小逐渐变大,悬浮小絮体的 量逐渐减少,处理后清液的浊度逐渐下降;当时间间 隔超过30s时,处理效果再次变差。这主要是在加 入的药剂中,PAC主要起破胶作用,而APAM主要 起“桥联”作用,当PAC加入使体系破胶后,APAM 才能够起到良好的助凝作用。因此,适宜的有机絮 凝剂与无机絮凝剂加药时间间隔为30s。
    2.5APAM对污水含铁量和含油量的影响
    调节污水pH值为7.5,PAC加量为30mg/L, APAM浓度0.5mg/L~3.0mg/L时,APAM加量 对残留含铁量和含油量的影响实验结果见表7。
             
    由表7可知,当APAM浓度从0.5mg/L增加 到2mg/L时,污水中的总铁含量从1.55mg/L减 少到0.30mg/L,油含量从1.333mg/L降到0.308 mg/L;APAM加量超过2mg/L时,总铁含量和含 油量减少幅度并不大,这主要是因为APAM分子 中有—OH、—COO-等基团,在合适的pH值条件 下,这些基团可与铁离子发生“螯合”,并随絮体一并 被去除;同时APAM有表面电中和和“桥联”作用, 通过“桥联”作用快速形成较大絮体,加快沉降速度。 而当APAM浓度增大到一定数值时,因为吸附饱 和,“桥联”作用就变得微弱了。
    污水pH值为7.5,PAC加量为30mg/L, APAM浓度为2mg/L,APAM的胺化率对处理效 果的影响结果见表8。
             
    由表8可知:当胺化率从47.8%增加到78.8% 时,总铁含量由1.98mg/L降到0.30mg/L,油含 量从1.575mg/L降到0.308mg/L,这是因为 APAM絮凝剂中的胺基与废水中的带阴离子的胶 体颗粒进行电荷中和作用及吸附架桥,胺化率大即 胺甲基含量高,APAM越易与带有负电荷的悬浮物 颗粒起反应,絮体形成快,沉降速度快,与絮体一并 被去除的铁离子、油含量大,处理效果好。
当pH值为7.5、PAC与APAM加量分别为 30mg/L及2mg/L、APAM胺化率为78.8%、加 药间隔为30s时,处理后污水的性质见表9。
            
    2.6处理后水与地层产出水的配伍性实验
    将处理后的水与地层水以不同的比例混合并在 40℃放置72h,处理后水与地层产出水的配伍性实 验结果见表10。
              
    从表10可以看出,水样具有良好的稳定性,放 置后水的透光率可以达到98%。上述混合水样放 置一个月后透光率仍然可以达到98%,说明处理后 水与储层产出水的配伍性好。
    3 结论
    通过实验可以得出以下结论:PAC加量为30 mg/L,APAM的加量为2mg/L,胺化率为78.8% 时,絮体形成快、沉降快,处理后水的透光率可达 98%、残留铁量为0.30mg/L,悬浮物含量及油含量 分别为0.2mg/L、0.308mg/L。
参考文献
1 赵娜娜,佟瑞利,邹立*离子聚丙烯酰胺的制备及其净化含油 污水的研究[J].河北化工,2007,(6):34-35
2 王香梅,曹霞.阳离子型聚丙烯酰胺絮凝剂的开发与应用[J].精 细石油化工进展,2002,(01):9-15
3 尹华,彭辉.淀粉改性阳离子絮凝剂的制备及其絮凝性能研究 [J].环境科学与技术,2000,(1):13-15
4 吴新国,王新强.陕北低渗透油田采油污水处理与综合利用[J].工 业水处理,2007,27(7):74-77
5 王薇,屈撑囤,王新强,张宁生.阳离子PAM的合成及絮凝性能研 究[J].油气田环境保护,2008,18(2):29-31